Метали: загальна характеристика металів і сплавів

Перший матеріал, який навчилися використовувати люди для своїх потреб - це камінь. Однак пізніше, коли людині стало відомо про властивості металів, камінь відійшов далеко назад. Саме ці речовини і їхні сплави стали найважливішим і головним матеріалом в руках людей. З них виготовлялися предмети побуту, знаряддя праці, будувалися приміщення. Тому в даній статті ми розглянемо, що ж собою являють метали, загальна характеристика, властивості і застосування яких так актуально донині. Адже буквально відразу за кам`яним століттям пішла ціла плеяда металевих: мідний, бронзовий і залізний.

Метали: загальна характеристика

Що ж об`єднує всіх представників цих простих речовин? Звичайно, це будова їх кристалічної решітки, типи хімічних зв`язків та особливості електронного будови атома. Адже звідси і характерні Фізичні властивості, які лежать в основі використання цих матеріалів людиною.

У першу чергу, розглянемо метали як хімічні елементи періодичної системи. У ній вони розташовуються досить привільно, займаючи 95 осередків з відомих на сьогоднішній день 115. Є кілька особливостей їх розташування в загальній системі:

• Утворюють головні підгрупи I і II груп, а так само III, починаючи з алюмінію.
• Усі побічні підгрупи складаються тільки з металів.
• Вони розташовуються нижче умовної діагоналі від бору до астату.

Спираючись на такі дані, легко простежити, що неметали зібрані у верхній правій частині системи, а все інше простір належить аналізованим нами елементам.

Всі вони мають кілька особливостей електронної будови атома:

• Великий атомний радіус, внаслідок чого зв`язок зовнішнього електрона і ядра слабшає, тому метали легко його віддають, виступаючи в ролі відновників.
• Мала кількість електронів на зовнішньому енергетичному шарі.
• У групі зверху вниз металеві властивості елементів посилюються, а по періоду зліва направо, навпаки, слабшають. Так, найсильніший неметалл - це фтор, а слабкий - францій.

  

Загальна характеристика металів і неметалів дозволяє виявити закономірності в їх будові. Так, кристалічна решітка перше - металева, особлива. У вузлах її знаходяться одразу кілька типів частинок:

• іони;
• атоми;
• електрони.

Усередині скупчується загальне хмара, зване електронним газом, яке і пояснює всі фізичні властивості цих речовин. Тип хімічного зв`язку в металах однойменний з ними.

Фізичні властивості

Існує ряд параметрів, які об`єднують всі метали. Загальна характеристика їх за фізичними властивостями виглядає так.

• Металевий блиск. Його мають всі представники цієї групи речовин. При цьому велика частина відбиває світло однієї довжини хвилі, тому випромінює м`який біло-сріблястий колір. Але деякі (золото, мідь, багато сплавів) блищать жовтим відтінком.
• Ковкість і пластичність. Цей параметр також притаманний саме металам. Загальна характеристика за цією ознакою, однак, не зовсім точна, оскільки серед представників є дуже м`які, ковкі і пластичні, а є досить крихкі, що піддаються механічній обробці. Самі ковкі і пластичні - золото, срібло, мідь, алюміній та інші. Менш податливі - олово, свинець, марганець та інші.
• Електро- і теплопровідність. Нею володіють всі представники без винятку. Метали відносяться до провідників I роду.
• Високі температури плавлення і кипіння. За цією ознакою вони діляться на тугоплавкі (температура вище 1500 градусів), легкоплавкі - нижче зазначеної цифри.
• Легкі і важкі метали в залежності від їх щільності. Вона тим менше, чим менше атомний вага елемента. Найлегший - це літій, а важкий - осмій.
• Твердість. Рекордсмен за цим показником хром, а самий м`який - цезій, він тане в руках.

  

Перераховані параметри - це і є загальна характеристика металів, тобто все те, що їх об`єднує в одне велике сімейство. Проте слід розуміти, що з усякого правила є винятки. Тим більше що елементів подібного роду занадто багато. Тому всередині самого сімейства також є свої підрозділи на різні групи, які ми розглянемо нижче і для яких вкажемо характерні особливості.

Хімічні властивості

З точки зору науки хімії, всі метали - це відновники. Причому, дуже сильні. Чим менше електронів на зовнішньому рівні і чим більше атомний радіус, тим сильніше метал за вказаною параметру.

У результаті цього метали здатні реагувати з:

• неметалами;
• водою;
• кислотами;
• з лугами (амфотерні метали);
• оксидами;
• солями слабших металів.

  

Це лише загальний огляд хімічних властивостей. Адже для кожної групи елементів вони суто індивідуальні.

Лужноземельні метали

Загальна характеристика лужноземельних металів наступна:

• Мають на зовнішньому рівні два електрони.
• Утворюють другу групу головну підгрупу періодичної системи, винятком є берилій.
• При звичайних умовах - це тверді речовини, не виїдає ножем.
• Колір простих металів сріблясто-сірий, на повітрі покриваються оксидною плівкою.
• Хімічна активність їх висока, збільшується від магнію до радію.
• У природі широко поширені, особливо кальцій. У простому вигляді не зустрічаються внаслідок високої активності, проте утворюють безліч різних, важливих для людини з`єднань.
• Мають велике значення в біологічному плані. Кальцій, магній - важливі мікроелементи організму людини і тварин. Магній також входить до складу хлорофілу рослин.
  
  
  
  

  

Таким чином, лужноземельні метали - це поширені елементи s-сімейства, що проявляють високу хімічну активність і є сильними відновниками і важливими учасниками біологічних процесів в організмі.

Лужні метали

Загальна характеристика лужних металів починається з їх назви. Його вони отримали за здатність розчинятися у воді, формуючи лугу - їдкі гідроксиди. Реакції з водою дуже бурхливі, іноді із запалюванням. У вільному вигляді в природі дані речовини не зустрічаються, так як їх хімічна активність занадто висока. Вони реагують з повітрям, парами води, неметалами, кислотами, оксидами і солями, тобто практично з усім.

Це пояснюється їх електронною будовою. На зовнішньому рівні всього один електрон, який вони легко віддають. Це найсильніші відновники, саме тому для їх отримання в чистому вигляді знадобилося досить довгий час. Вперше це було зроблено Гемфрі Деві вже в XVIII столітті шляхом електролізу гідроксиду натрію. Зараз усіх представників цієї групи добувають саме таким методом.

Загальна характеристика лужних металів полягає ще й в тому, що вони становлять першу групу головну підгрупу періодичної системи. Всі вони - важливі елементи, що утворюють багато цінних природних сполук, що використовуються людиною.

Загальна характеристика металів d- і f-сімейств

До цієї групи елементів відносяться всі ті, ступінь окислення яких може варіюватися. Це означає, що в залежності від умов, метал може виступати в ролі і окислювача, і відновника. У таких елементів велика здатність вступати в реакції. Серед них велика кількість амфотерних речовин.

Загальна назва всіх цих атомів - перехідні елементи. Вони отримали його за те, що по проявляє властивості дійсно стоять хіба посередині, між типовими металами s-сімейства і неметалами р-сімейства.

Загальна характеристика перехідних металів увазі позначення східних їх властивостей. Вони наступні:

• велика кількість електронів на зовнішньому рівні;
• великий атомний радіус;
• кілька ступенів окислення (від +3 до +7);
• валентні електрони знаходяться на d- або f-підрівні;
• утворюють 4-6 великих періодів системи.

Як прості речовини метали даної групи дуже міцні, тягучі і ковкі, тому мають велике промислове значення.

Побічні підгрупи періодичної системи

Загальна характеристика металів побічних підгруп повністю збігається з такою у перехідних. І це не дивно, адже, по суті, це абсолютно одне і те ж. Просто побічні підгрупи системи утворені саме представниками d- і f-сімейств, тобто перехідними металами. Тому можна сказати, що дані поняття - синоніми.

Найактивніші і важливі з них - перший ряд з 10 представників від скандію до цинку. Всі вони мають важливе промислове значення і часто використовуються людиною, особливо для виплавки.

Сплави

Загальна характеристика металів і сплавів дозволяє зрозуміти, де і як можливо використовувати ці речовини. Такі сполуки в останні десятки років зазнали великі перетворення, адже відкриваються і синтезуються все нові добавки для поліпшення їх якості.

Найбільш відомими сплавами на сьогоднішній день є:

• латунь;
• дюраль;
• чавун;
• сталь;
• бронза;
• переможе;
• ніхром та інші.

Що таке сплав? Це суміш металів, одержувана при плавці останніх у спеціальних пічних пристроях. Це робиться для того, щоб отримати продукт, що перевершує за властивостями чисті речовини, її утворюють.

Порівняння властивостей металів і неметалів

Якщо говорити про загальні властивості, то характеристика металів і неметалів відрізнятиметься одним дуже істотних пунктом: для останніх не можна виділити схожих рис, так як вони дуже різняться за проявляти властивості як фізичним, так і хімічним.

Тому для неметалів створити подібну характеристику можна. Можна лише окремо розглянути представників кожної групи і описати їх властивості.